故障检测方法及装置与流程

本发明涉及故障检测技术领域，具体而言，涉及一种故障检测方法及装置。

背景技术：

在相关技术中，高压输电线路上的电抗器主要起着补偿高压输电线路的电容和吸收其无功功率的作用，防止电网轻载时因容性功率过多而引起末端电压升高。由于电抗器长期在线工作，长期承受高电压、大电流在线运行，工作条件较为恶劣，因此电抗器与相同电压等级的其它设备相比，更容易发生故障，而电抗器发生故障后退出运行，会对整个系统的安全稳定造成严重的影响。

传输线上的并联电抗器主要以星型连接，并联电抗器可以直接接地和阻抗接地，其中直接接地的较为多见，在并联电抗器中，两个或更多个匝之间的绝缘在发生匝间短路故障时会失效，匝间短路故障时，通常并联电抗器的相电流变化较小，如果没有及时发现，匝间短路故障可能会演变成更严重的故障，然而，由于电抗器相电流的变化较小，因此很难设计灵敏可靠的保护方案来检测低电平匝间短路故障，匝间短路故障检测也是电力变压器，同步电机等设备的控制绕组的一个重难点问题。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种故障检测方法及装置，以至少解决相关技术中无法检测电抗器是否发生匝间短路故障的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种故障检测方法，包括：利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，所述电流互感器和所述电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围；获取所述负序电流和所述负序电压；计算所述负序电流和所述负序电压之间的负序差值；依据所述负序差值，确定所述目标电抗器是否发生匝间短路故障。

进一步地，计算所述负序电流和所述负序电压之间的负序差值包括：对所述负序电流和所述负序电压进行归一化处理，得到归一化的负序电流和归一化的负序电压；计算所述归一化的负序电流和归一化的负序电压之间的负序差值。

进一步地，依据所述负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障包括：在所述负序差值为预设数值时，确定所述目标电抗器正常工作，未发生匝间短路故障；在所述负序差值不为预设数值时，确定所述目标电抗器发生匝间短路故障。

进一步地，在确定所述目标电抗器发生匝间短路故障之后，所述方法还包括：计算所述负序差值的相角；依据所述负序差值的相角，确定所述目标电抗器发生匝间短路故障的相位。

进一步地，所述目标电抗器为并联电抗器。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种故障检测装置，包括：检测单元，用于利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，所述电流互感器和所述电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围；获取单元，用于获取所述负序电流和所述负序电压；计算单元，用于计算所述负序电流和所述负序电压之间的负序差值；确定单元，用于依据所述负序差值，确定所述目标电抗器是否发生匝间短路故障。

进一步地，所述计算单元包括：归一化模块，用于对所述负序电流和所述负序电压进行归一化处理，得到归一化的负序电流和归一化的负序电压；计算模块，用于计算所述归一化的负序电流和归一化的负序电压之间的负序差值。

进一步地，所述确定单元包括：第一确定模块，用于在所述负序差值为预设数值时，确定所述目标电抗器正常工作，未发生匝间短路故障；第二确定模块，用于在所述负序差值不为预设数值时，确定所述目标电抗器发生匝间短路故障。

进一步地，所述故障检测装置还包括：第二计算模块，用于在确定所述目标电抗器发生匝间短路故障之后，计算所述负序差值的相角；第三确定模块，用于依据所述负序差值的相角，确定所述目标电抗器发生匝间短路故障的相位。

进一步地，所述目标电抗器为并联电抗器。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质用于存储程序，其中，所述程序在被处理器执行时控制所述存储介质所在设备执行上述任意一项所述的故障检测方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任意一项所述的故障检测方法。

在本发明实施例中，利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，电流互感器和电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围，获取负序电流和负序电压，计算负序电流和负序电压之间的负序差值，依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。在该实施例中，可以通过电流互感器获得电抗器的负序电流，电压互感器获得电抗器的负序电压，然后计算负序电压和负序电流之间的差值，从而判断电抗器是否发生匝间短路故障，提高了检测电抗器发生匝间短路故障的效率和准确度，进而解决相关技术中无法检测电抗器是否发生匝间短路故障的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种故障检测方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种电抗器的示意图；

图3是根据本发明实施例的另一种可选的故障检测装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

电流和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用称为电抗。

本发明下述实施例可以应用于电抗器的故障检测中，本发明以并联电抗器进行详细说明。

并联电抗器，超高压电网中普遍采用的重要电气设备，在电网中起着避免发电机的自励磁、限制工频电压升高便于同期并列、降低操作过电压、限制潜供电流和平衡无功功率的作用。

本发明下述实施例可以通过归一化的负序电压和负序电流之间的差值来判断是否发生匝间短路故障的方法具有足够高的灵敏度和可靠度，即使发生匝间短路故障时相电流的变化较小，仍然可以判断出是否发生匝间短路故障，同时，还可以根据此方法判断匝间短路故障发生在哪一相。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种故障检测方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种故障检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，电流互感器和电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围；

步骤s104，获取负序电流和负序电压；

步骤s106，计算负序电流和负序电压之间的负序差值；

步骤s108，依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。

通过上述步骤，可以利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，电流互感器和电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围，获取负序电流和负序电压，计算负序电流和负序电压之间的负序差值，依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。在该实施例中，可以通过电流互感器获得电抗器的负序电流，电压互感器获得电抗器的负序电压，然后计算负序电压和负序电流之间的差值，从而判断电抗器是否发生匝间短路故障，提高了检测电抗器发生匝间短路故障的效率和准确度，进而解决相关技术中无法检测电抗器是否发生匝间短路故障的技术问题。

下面对上述各步骤进行详细说明。

在本发明实施例中，电抗器的类型包括多种，本发明下述实施例以星型连接电抗器对本发明进行说明。本发明实施例中，目标电抗器为并联电抗器。

图2是根据本发明实施例的一种电抗器的示意图，如图2所示，电抗器为星型连接电抗器，该电抗器直接接地，图2中ia，ib，ic表示相电流，va，vb，vc表示相电压，za，zb，zc表示电阻。

步骤s102，利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，电流互感器和电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围。

在并联电抗器发生匝间短路故障时，电抗器会产生负序电流和负序电压。由图2可知，相电流可以表示为：

而零序、正序和负序电压可以表示为：

其中，为常数。

可选的，电流互感器和电压互感器可以安装于电抗器的三相绕组外。

步骤s104，获取负序电流和负序电压。

步骤s106，计算负序电流和负序电压之间的负序差值。

可选的，计算负序电流和负序电压之间的负序差值包括：对负序电流和负序电压进行归一化处理，得到归一化的负序电流和归一化的负序电压；计算归一化的负序电流和归一化的负序电压之间的负序差值。

从图2示出的内容，归一化的负序电压可以表示为：而归一化的负序电流可以表示为：结合序电压与相电压之间的关系，可进一步得到：

当电抗器正常运行时，电抗器三相对称，即za＝zb＝zc＝z，可以看出：

步骤s108，依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。

即可以将归一化的负序电压与负序电流的差值作为判断电抗器是否发生匝间短路的依据。对应于上述公式，可以得到归一化的负序电压与负序电流的差值：

diff＝v2-normalized-i2-normalized。

可选的，依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障包括：在负序差值为预设数值时，确定目标电抗器正常工作，未发生匝间短路故障；在负序差值不为预设数值时，确定目标电抗器发生匝间短路故障。

①.电抗器处于正常运行状态时：

diffsteady＝v2-normalized-i2-normalized＝0。

②.电抗器发生匝间短路故障时(假设b相发生匝间短路故障)，b相阻抗的减少量用δzb来表示，则有：

所以，当电抗器发生匝间短路故障时：

diff＝v2-normalized-i2-normalized≠0，此时，通过归一化的负序电压和负序电流的差值是否为0可以判断电抗器是否发生了匝间短路故障。

进一步地，在确定目标电抗器发生匝间短路故障之后，方法还包括：计算负序差值的相角；依据负序差值的相角，确定目标电抗器发生匝间短路故障的相位。

可选的，在发现存在匝间短路故障时，通过相位选择法来找出故障相，相位选择法的相角表示为diffangle：

diffangle＝∠(diff-diffsteady)＝∠(v2-normalized-i2-normalized)，

a相发生匝间短路故障时，我们可以得到：

b相发生匝间短路故障时，我们可以得到：

c相发生匝间短路故障时，我们可以得到：

对以上公式所得角度取±30°的裕度，最终我们得到如下结论：

当150°≤diffangle≤210°时，匝间短路故障发生在a相；

当270°≤diffangle≤330°时，匝间短路故障发生在b相；

当30°≤diffangle≤90°时，匝间短路故障发生在c相。

通过上述实施方式，可以确定并联电抗器的匝间短路故障检测方法以解决并联电抗器匝间短路故障保护的难题，通过归一化的负序电压和负序电流的差值可以很轻易的判别电抗器是否发生匝间短路故障，并通过其相角判断故障相，以实现利用负序分量对电抗器实施保护的目的，在本发明实施例中，可以在故障的并联电抗器的三相绕组外安装电流互感器和电压互感器，通过电流互感器获得电抗器的负序电流，电压互感器获得电抗器的负序电压，由于负序电压与负序电流的幅值相差过大，于是将其归一化处理便于比较，通过计算归一化的负序电压和负序电流之间的差值，来判断电抗器是否发生匝间短路故障。若归一化的负序电压和负序电流之间的差值为零则说明电抗器处于正常工作状态，反之则说明电抗器发生匝间短路故障。

进一步技术方案是，通过计算归一化的负序电压和负序电流的差值的相角来判断电抗器发生匝间短路故障在哪一相。

下面通过另一种可选的实施例来说明本发明。

实施例二

图3是根据本发明实施例的另一种可选的故障检测装置的示意图，如图3所示，该装置可以包括：

检测单元31，用于利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，电流互感器和电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围；

获取单元33，用于获取负序电流和负序电压；

计算单元35，用于计算负序电流和负序电压之间的负序差值；

确定单元37，用于依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。

上述故障检测装置，可以通过检测单元31利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，电流互感器和电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围，通过获取单元33获取负序电流和负序电压，通过计算单元35计算负序电流和负序电压之间的负序差值，通过确定单元37依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。在该实施例中，可以通过电流互感器获得电抗器的负序电流，电压互感器获得电抗器的负序电压，然后计算负序电压和负序电流之间的差值，从而判断电抗器是否发生匝间短路故障，提高了检测电抗器发生匝间短路故障的效率和准确度，进而解决相关技术中无法检测电抗器是否发生匝间短路故障的技术问题。

可选的，计算单元包括：归一化模块，用于对负序电流和负序电压进行归一化处理，得到归一化的负序电流和归一化的负序电压；计算模块，用于计算归一化的负序电流和归一化的负序电压之间的负序差值。

另一种可选的，确定单元包括：第一确定模块，用于在负序差值为预设数值时，确定目标电抗器正常工作，未发生匝间短路故障；第二确定模块，用于在负序差值不为预设数值时，确定目标电抗器发生匝间短路故障。

另外，故障检测装置还包括：第二计算模块，用于在确定目标电抗器发生匝间短路故障之后，计算负序差值的相角；第三确定模块，用于依据负序差值的相角，确定目标电抗器发生匝间短路故障的相位。

在本申请中，目标电抗器为并联电抗器。

上述的故障检测装置还可以包括处理器和存储器，上述检测单元31、获取单元33、计算单元35、确定单元37等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

上述处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。

上述存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)，存储器包括至少一个存储芯片。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，存储介质用于存储程序，其中，程序在被处理器执行时控制存储介质所在设备执行上述任意一项的故障检测方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的故障检测方法。

本发明实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：利用电流互感器检测目标电抗器的负序电流，并利用电压互感器检测目标电抗器的负序电压，其中，电流互感器和电压互感器设置于目标电抗器的三相绕组周围；获取负序电流和负序电压；计算负序电流和负序电压之间的负序差值；依据负序差值，确定目标电抗器是否发生匝间短路故障。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。